针对某煤焦化责任有限公司现有焦化废水处理站存在的设备老化、故障率高、来水水质波动大，系统经常性受到冲击，且恢复周期长，当前出水水质无法满足外供回用的要求，需要进行污水站提标改造。通过对预处理单元设备进行更换，提高系统抗冲击负荷的能力；对原生化系统好氧池进行改造，如更换曝气系统、二级接触氧化池改造为移动床生物膜反应器生化池，提高生化处理效果，确保氨氮达标；新增臭氧催化氧化系统功能，接纳生化出水，对水中难降解有机污染物进一步进行降解，以满足废水在厂区内外供使用的标准，最终使出水水质稳定达到《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB 16171-2012)的间接排放标准，为后续开展污水回用提供了有利条件。
[关键词]
焦化废水；提标改造；生化处理；移动床生物膜反应器；臭氧催化
随着国家环保形势的日益严峻，焦化行业废水的排放标准不断提高，全社会对焦化废水的处理越来越重视，另外随着国家倡导干法熄焦及节约水资源，原本焦化废水用于湿法熄焦，也变得不可实现。焦化废水没有出路，只有通过提升系统运行稳定性和强化各装置单元运行效率，节能降耗、深挖潜能才能满足日益增长的焦化废水外排水质要求，甚至一些地区已经开展了焦化废水零排放技术攻关。
1 工程概况及现状分析
某煤焦化责任有限公司建有一座焦化废水处理站，设计处理水量 80 m3/h(其中蒸氨废水约 40 m3/h、生产生活排污水约 10m3/h、其他水约 30 m3/h)，目前这套污水处理系统存在设备老化、故障率高、来水水质波动大，系统经常性受到冲击，且恢复周期长，好氧曝气池及接触氧化池曝气系统不均匀，生化系统出水CODCr 平均维持在 200~300 mg/L 左右，当系统冲击波动后，出水CODCr 能达到 300~400 mg/L，虽然后期在混凝沉淀区通过投加活性炭粉末药剂可将 CODCr 降至 150 mg/L 以下，满足间接排放水质要求，但是运行成本较高，产生大量污泥，工人劳动强度大，随着环保督察的力度越来越大，同时也为了保障焦化废水厂区回用水质稳定可靠，对系统的技改需求极为紧迫。
该污水站设计处理量为 80 m3/h，主体工艺为“隔油预处理→厌氧→A/O 活性泥法→接触氧化→混凝沉淀→间接排放”。
当该污水站实际运行水量小于30 m3 /h时(此时焦化废水水量约占 50 %)生化出水 CODCr维持在 200 mg/L 左右(原设计出水水质可达到 100 mg/L)，投加少量粉末活性炭可降至 150 mg/L 以下，满足间接排放水质要求(CODCr≤150 mg/L)。当水量增加到 50 m3/h(此时焦化废水水量约占 60 %)及以上时，生化出水 CODCr 最高可波动至 400~450 mg/L，即使混凝沉淀单元投加大量粉末活性炭也仅可降至 150~200 mg/L，依然不能满足排放标准，而且投加粉末活性炭存在运行费用高、剩余污泥多，大大增加人工劳动强度。
2 存在问题及改造思路
2.1 来水水质冲击问题
2.1.1 问题分析
影响系统运行的首要因素是来水水质冲击，显著指标是氨氮指标(厂控要求＜300 mg/L，蒸氨塔正常运行时氨氮在 50 mg/L 左右)，冲击的主要原因有(1)蒸氨母液溢出直接排入集水井，(2)蒸氨塔温度不够，或者 pH 较低时蒸氨效果不好导致水质超标。水质超标的表象是氨氮数值上升，根源可能是有毒有害物质在蒸氨段没有去除掉，导致了生化的冲击。
另外来水温度过高，集水井池容较小(0.5 h 停留时间)，后续没有有效降温设备，加之除蒸氨废水之外的其他水水量不能保证连续供给，经常导致系统温度普遍偏高，高温将影响水解酸化段的效果。
以上问题也表明现场缺少水质监控措施，依靠人工的定时取样、检测，难以满足瞬时水质冲击对系统带来的影响，需要从实时监控水质、采取降温措施、提高水质调节时间等几个方面来解决水质冲击问题。
2.1.2 整改措施
通过现场调研，现有集水井旁边的水解酸化池为全地上结构，设计停留时间较长，且该单元为四格独立结构，拟选取靠近集水井的一格作为缓冲过渡池，池上增设配水槽，起到配水散热的作用，进水管路和出水管路增设流量计，密切监控来水水量和去往集水井的水量，便于控制水量；同时配水槽配套设置水质在线监测功能，选用哈希在线 CODCr、氨氮检测设备，对蒸氨废水进行实时监测，配水槽及联动逻辑详见下图：采用配水槽耦合自动水质检测仪、取样泵、水样稀释装置、报警系统等形成一套完整的自动化运行系统，其中配水槽起到过渡散热的作用，同时为自动监测系统提供实时水样。
自动水质检测系统则由自动水质检测仪(兼具 CODCr、氨氮、温度、pH 功能)、取样泵、水样稀释装置、报警系统及自动化控制系统组成，检测出的指标数据传入 PLC 控制终端，结合中控计算机将检测数据与稀释倍数进行运算后，判断水质是否超标。
2.2 预处理系统问题
2.2.1 运行现状
系统运行的好坏，与工艺设备能否正常运行有很大关系，该系统历经近 10 年的运行，主要设备(尤其是水下设备)损坏严重，例如混凝沉淀区浮渣机及池底刮泥机损坏，沉淀区斜管堵塞严重，该单元偏流现象明显，出水夹杂大量悬浮物进入气浮设备。
目前该系统投加 PAC 和 PAM，但隔油效果较差，表层有明显的浮油，底部排泥管路堵塞，池内油泥堆积严重，造成 PAC、PAM 药剂堆积，出水堰版下沿都能看到悬浮污泥，池内污泥上浮至液面，出水渠污泥填死，水位抬高越过堰口，后续管道可能有污堵，排水不畅，排泥排水不畅，沉淀区斜板污堵严重，池体表面溢水严重。而现场两级气浮机溶气效果不好，溶气泵及空气储罐年久失修，导致无法实现油水、悬浮物的分离，这类物质进入生化后对生化系统造成冲击。
2.2.2 整改措施
对原有混凝沉淀区机械设备及填料进行清理和修复，个别设备直接进行更换，恢复其混凝沉淀的效果。同时将现有两台气浮机进行拆除、更换为一台 80 m3/h 的新型溶气气浮，节省占地的同时，在混凝沉淀池与气浮机之间增加三台焦炭吸附器，同时增加超越管线，作为气浮机检修时的备用除油措施，确保预处理单元稳定隔油。
2.3 生化系统问题
2.3.1 运行现状
原系统水解酸化池存在布水不均匀，池内布水管堵塞，原设计的循环回流大阻力配水运行思路不利于污水的水解酸化，容易造成局部负荷过大，偏流现象严重，整体起不到改善污水可生化性的目的。缺氧池共 8 格，每格配一台 1.5 kw 的潜水搅拌机，从目前运行的效果看，池内污泥搅拌力度不够，不能起到充分混匀的状态，且潜水搅拌机经常出现烧电机现象，一方面可能是设备质量问题，另一方面选型可能偏小，导致负载过大。好氧池及接触氧化池普遍存在曝气不均的问题，且接触氧化池填料为组合填料，断丝情况明显，且生物膜挂膜效果较差。好氧池周边消泡水管路喷嘴堵塞较多，导致泡沫较多，消泡水来自二沉池出水，堵塞导致上清液回流量减少，影响到硝化反应。另外二沉池出水堰板损坏严重，造成二沉池出水偏流严重，局部有跑泥现象。
2.3.2 改造措施
生化改造的目的就是在保持现有规模、工艺流程和参数不变的情况下，通过改造和更换部分设备，使其生化系统耐水质冲击且出水稳定。
针对水解酸化池配水不均匀、短流现象，对现有的其中两格水解酸化池进行改造，新增 4 套专有压力布水器解决配水问题，该压力式布水器采用池底定点配水的方式，确保配水效果更加均匀，在压力作用下，池底部液体流速增加，泥水混合接触更好，大大提高了对污水中有机污染物的吸附、转化和降解，减轻了后续好氧处理的运行负荷。同时将原有内部循环系统改为排泥管道，避免循环搅拌，从而使污水自下而上均匀、缓慢流经悬浮污泥层，降低温度的同时也可增强水解酸化的能力，提高污水可生化性。
针对好氧池多处布气不均匀，甚至有多处存在曝气器脱落现象，因此需要更换维修现有曝气系统，调整曝气效果。考虑到改造期间系统需要正常运行，原有曝气系统为池底固定安装的各种曝气器，如要更换需要停水排空池体，耗时耗力，影响生产。使用可提升管式微孔曝气器，能够解决因池底固定安装如出现破裂、漏气、损坏堵塞时必须放空水进行维修的难题。该管式微孔曝气器的橡胶膜管采用三元乙丙橡胶(EPDM)/硅橡胶，具有耐热、耐臭氧、耐气候、化学稳定性好等特点，与一般橡胶膜相比，可大大提高其使用寿命。曝气孔为一字形长孔，使其具有良好的可张性和瞬时闭合性，曝气时可释放出直径 1~3 mm 的微小气泡，以获得较高的氧利用率，其氧利用率大于 20 %。
现有接触氧化池中填料不能很好的挂膜，因此考虑将接触氧化池改为 MBBR 池，即将现有填料改为 MBBR 悬浮填料，使该池具备进一步降解 CODCr 和氨氮的作用，该填料具有足够的有效比表面积，能保证足够的生物生长量，且不需要任何支架或其它的固定方式，可自由地分布在池体内，改造过程简单快捷，出水堰口设置悬浮填料拦截网，该悬浮填料可最大限度的利用现有池体，提高生化池有机物容积负荷。
2.4 深度处理系统改造
经过两级生化处理后的污水，通常存在氨氮达标，但色度和CODCr 仍然超标的情况，目前厂区采用投加粉末活性炭、M108试剂等专项去除剂，存在人工强度高、污泥量大，对污泥系统产生影响，且运行费用高昂(仅加药部分，吨水费用在 8~12 元)，需要更加经济有效的工艺技术代替加药法降低 CODCr 值，通过技术比选以及现场中试试验，采用具有专有工艺包技术的臭氧催化氧化深度处理技术代替活性炭粉末加药法，可以实现操作简单、运行费用低、不产生污泥。
臭氧具有强氧化性(氧化电位 2.07 V)，可与有机物进行直接氧化反应，但具有选择性、反应速度慢的缺点；同时臭氧在水中可形成羟基自由基，羟基自由基的氧化电位为 2.83 V，是大自然仅次于氟(3.06 V)的强氧化剂，可以将有机物分解为矿化物如二氧化碳和水，该自由基反应具有无选择性、反应速度快的特点。为了使臭氧更多转化为氧化能力更高的羟基自由基，通过使用催化剂来改善臭氧转化效率，增强臭氧氧化工艺的处理效率。臭氧催化剂表面及空穴可以对水中臭氧进行捕捉富集，增加了局部的臭氧浓度，同时通过催化作用。
3 改造后运行效果
通过本次污水系统的改造，可以实现原系统水解酸化池布水不均的问题，使水解酸化池的停留时间得到保障，确保生化系统的水质、水量均衡，有效避免因水质水量变化带来的冲击。
好氧池和接触氧化池曝气不均的问题也可以得到改善，同时接触氧化池增加的 MBBR 填料能够使接触氧化池在保证曝气均匀，溶解氧充足的情况下，为硝化细菌提供更加有利的生存环境，确保氨氮指标始终达到 15 mg/L 以下。臭氧催化氧化单元的建成意味着混沉池前可以取消净水剂的投加，这样可以大大节省药剂消耗成本、劳动力付出成本、污泥处理成本，大大简化污水处理的便捷性，同时持续、自动化的臭氧催化氧化工艺可以确保系统出水 CODCr 始终保持在 150 mg/L以下，色度也达到回用要求。
好氧池和接触氧化池曝气不均的问题也可以得到改善，同时接触氧化池增加的 MBBR 填料能够使接触氧化池在保证曝气均匀，溶解氧充足的情况下，为硝化细菌提供更加有利的生存环境，确保氨氮指标始终达到 15 mg/L 以下。臭氧催化氧化单元的建成意味着混沉池前可以取消净水剂的投加，这样可以大大节省药剂消耗成本、劳动力付出成本、污泥处理成本，大大简化污水处理的便捷性，同时持续、自动化的臭氧催化氧化工艺可以确保系统出水 CODCr 始终保持在 150 mg/L以下，色度也达到回用要求。
4 改造后进一步优化建议
(1)新增的水解酸化池布水器在运行过程中有污堵现象，由于是压力式配水，导致配水槽顶部焊缝有裂开现象，建议定期打开法兰清理配水槽内部杂物；
(2)水解酸化池出水渠为水泥檐口，出水不均匀，建议增设 V型出水堰板；
(3)为应对业主来水水量波动，系统能均匀均质进水，建议在臭氧进水泵管道出口，增加回流管道和阀门，起到调节的作用；
(4)臭氧催化塔本体循环水泵出水管段需要加一个止回阀，避免填料在反洗时出现反洗气和反洗水短路的现象；
(5)臭氧气体主管建议加一根压缩空气，提供与臭氧气量相同的空气量，便于加大进入反应塔内的气量，使内部曝气分布相对均匀，同时曝气盘建议倒装，避免静置时悬浮物堆积造成的盘面微孔堵塞。
5 结论
通过本次污水系统的改造，实现原系统易受水质波动冲击的影响，合理对水解酸化池功能进行分区，改善了其布水方式，确保按照正常的上升流速实现水解酸化的目的，保持水解酸化池内具有稳定的污泥层，使反应时间得到保障。通过对好氧系统曝气系统的改造以及其他设备、管道的更新和完善，提高了生化系统的整体运行稳定性和效果，确保系统的水质、水量均衡稳定。通过对接触氧化池内的填料更换为 MBBR 填料，使曝气池具有流态化运行模式，提高了微生物活性。经混凝沉淀处理后，出水平均CODCr 基本可稳定维持在 200 mg/L 左右，平均 NH3-N 小于 5mg/L。再通过臭氧催化氧化技术进行深度处理，对出水色度和CODCr 把关，可以使出水水质稳定达到《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB 16171-2012)的间接排放标准。
原标题：某焦化废水处理站运行问题分析及提标改造介绍
原作者：张力磊
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